La Edad de Westerlund 1 revisada

El estado de un cúmulo de estrellas cercano, conocido por ser el más masivo de la galaxia, está siendo desafiado por nuevas observaciones. Westerlund 1, que se cree que contiene una masa total de más de 10.000 veces la de nuestro Sol, probablemente necesite que su masa total sea revisada a la baja después de que los astrónomos muestren que podría ser más del doble de antigua de lo que se pensaba anteriormente. Esto insinúa una historia evolutiva complicada en la que las edades de las estrellas proporcionan pistas sobre cuán masivas pueden ser realmente.

Imagen del joven cúmulo de estrellas Westerlund 1 tomada por el Telescopio Espacial Hubble hacia la constelación sur del Altar. Westerlund 1 es el hogar de una variedad de las estrellas más grandes y masivas conocidas, incluidas las supergigantes rojas, amarillas y azules, así como un objeto exótico conocido como magnetar. Westerlund 1 está relativamente cerca para un cúmulo de estrellas, a una distancia de 15.000 años luz, lo que brinda a los astrónomos un buen laboratorio para estudiar el desarrollo de estrellas masivas. Crédito: ESA / Hubble & NASA

Los cúmulos de estrellas son grupos de estrellas más pequeños que una galaxia, unidos por una atracción gravitacional compartida. Los astrónomos los utilizan como laboratorios distantes para comprender cómo evolucionan las estrellas. Están formados por nubes gigantes de gas que colapsan, que eventualmente colapsan en nubes más pequeñas que colapsan aún más. Esta compresión genera una presión extrema, lo que eventualmente hace que el material se encienda y forme estrellas individuales.

Esto significa que todas las estrellas de un cúmulo nacen al mismo tiempo del mismo material. Dado que cada nube prenatal contendrá una cantidad diferente de material, cada estrella nacerá con una masa diferente. Aquellas que se formaron a partir de nubes más grandes, las estrellas más masivas, son aquellas que viven vidas más cortas, quemando rápidamente su combustible y muriendo como explosiones energéticas conocidas como supernovas. Aquellos con masas más bajas, similares a nuestro Sol, vivirán mucho más tiempo, usando lentamente su combustible durante cientos de millones de años.

“Al observar los cúmulos podemos ver la evolución de las estrellas en acción”, dice Emma Beasor, investigadora postdoctoral en NOIRLab en Tucson, Arizona, y autora principal de un artículo reciente en The Astrophysical Journal. "Podemos seguir estrellas de diferentes masas y aprender cómo la masa con la que nacen afecta cómo terminarán sus vidas".

Un cúmulo particularmente interesante, Westerlund 1, ha sido considerado durante mucho tiempo el cúmulo más masivo del universo local, y se cree que contiene una masa total de más de 10.000 veces la de nuestro Sol. Además, Westerlund 1 se utiliza como objeto de referencia para estudios de galaxias distantes con destellos estelares y para calibrar modelos evolutivos estelares. Westerlund 1 también contiene una gran cantidad de estrellas masivas raras, incluidas supergigantes rojas, amarillas y azules, así como un objeto exótico conocido como magnetar. Esta diversidad sin precedentes hace que Westerlund 1 sea verdaderamente único.

La presencia de una gran cantidad de estrellas masivas significa que el cúmulo es lo suficientemente joven como para que estos objetos aún no se hayan convertido en supernovas, lo que sugiere que Westerlund 1 se formó hace unos cuatro millones de años, un recién nacido cósmico según los estándares astronómicos. Sin embargo, nuevos datos del Observatorio Estratosférico de Astronomía Infrarroja de la NASA, o SOFIA, han revelado un pasado evolutivo complicado para Westerlund 1.

“Uno de los parámetros más importantes que debemos medir es el brillo de una estrella, ya que esto puede decirnos qué edad tiene la estrella”, agrega Emma Beasor. "Diferentes estrellas emiten luz en diferentes bandas de ondas que no podemos ver a simple vista".

Las estrellas supergigantes rojas, como Betelgeuse, emiten la mayor parte de su radiación en forma de luz infrarroja. Usando nuevos datos de SOFIA, Beasor y sus colaboradores midieron directamente el brillo de las supergigantes rojas en Westerlund 1, por primera vez. Al hacerlo, descubrieron que las estrellas eran demasiado débiles para tener apenas cuatro millones de años. En cambio, las observaciones sugieren que las supergigantes rojas tienen más del doble de esa edad, alrededor de 10 millones de años.

SOFIA, el Observatorio Estratosférico de Astronomía Infrarroja, es un avión Boeing 747SP modificado para transportar un telescopio de 106 pulgadas de diámetro. Es un proyecto conjunto de la NASA y el Centro Aeroespacial Alemán, DLR. El Centro de Investigación Ames de la NASA en el Silicon Valley de California administra el programa SOFIA, las operaciones científicas y misioneras en cooperación con la Asociación de Investigación Espacial de las Universidades con sede en Columbia, Maryland, y el Instituto Alemán SOFIA (DSI) en la Universidad de Stuttgart. El avión se mantiene y opera desde el Edificio 703 del Centro de Investigación de Vuelo Armstrong de la NASA, en Palmdale, California. El instrumento HAWC + fue desarrollado y entregado a la NASA por un equipo de varias instituciones dirigido por el Laboratorio de Propulsión a Chorro en Pasadena, California.

Esta estimación de la nueva era apunta a un pasado complicado para Westerlund 1. La presencia de las estrellas jóvenes y calientes implica una edad de alrededor de cuatro millones de años. Si el cúmulo tuviera realmente 10 millones de años, todas estas estrellas habrían terminado sus vidas como explosiones de supernovas muchos años antes de que las supergigantes rojas tuvieran tiempo de formarse. En cambio, los investigadores concluyen que Westerlund 1 no nació en un estallido estelar simple y único, sino a través de un período sostenido de formación estelar, probablemente durante un período de millones de años. Si este es el caso, las estrellas en Westerlund 1 no pueden ser todas tan jóvenes o tan masivas como se pensaba.

Aunque Westerlund 1 ya no puede servir como un punto de referencia para estudios de galaxias distantes de explosión estelar o modelos evolutivos estelares, destaca la complejidad de los sistemas astrofísicos que luchamos por comprender y nos recuerda lo maravilloso y sorprendente que puede ser el universo.

• Publicado en SOFIA-NASA el 25 de agosto del 2021, enlace publicación.